DE10105751A1 - Verfahren zur Herstellung von 1-Octen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1-Octen durch Umsetzung von 1,3-Butadien in Gegenwart eines Telomerisationskatalysators mit einem Telogen der allgemeinen Formel H-X-Y-H, worin X für O, N, S oder P und Y für C, N oder Si steht und X und Y je nach Wertigkeit weitere Substituenten tragen, zu einem Telomer der allgemeinen Formel H¶2¶C=CH-CH¶2¶-CH¶2¶-CH¶2¶-CH=CH-CH¶2¶-X-Y-H, partielle Hydrierung des Telomers zu einem 1-substituierten 2-Octen der Formel H¶3¶C-CH¶2¶-CH¶2¶-CH¶2¶-CH¶2¶-CH=CH-CH¶2¶-X-Y-H und Spaltung des 1-substituierten 2-Octens zum 1-Octen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1-Octen durch Telomerisation von 1,3-
Butadien mit einem Telogen in Gegenwart eines Telomerisationskatalysators, partielle
Hydrierung des Telomers und Spaltung des hydrierten Zwischenproduktes.
1-Octen wird in großen Mengen in der Produktion verschiedener chemischer Produkte
eingesetzt. Beispielsweise werden oberflächenaktive Stoffe, Weichmacher, Schmierstoffe und
Polymere aus 1-Octen hergestellt. Ein großes Einsatzgebiet ist weiterhin die Verwendung als
Comonomer in Polymeren, insbesondere in Polyethylen.
Nahezu alle zur Zeit kommerziell genutzten Verfahren zur Produktion von 1-Octen basieren auf
dem Rohstoff Ethen. Ethen wird oligomerisiert und man erhält ein Produktspektrum von α-
Olefinen als Hauptprodukte. Bei passender Wahl von Katalysator und Prozessbedingungen kann
die Menge an 1-Octen im Produkt optimiert werden und liegt dann bei ca. 25%. Neben diesen
Verfahren, mit denen die Hauptmenge an 1-Octen produziert wird, hat die Isolierung des
1-Octens aus dem Produktspektrum der Fischer-Tropsch-Reaktion eine gewisse Bedeutung
erlangt.
In der Literatur sind neben den auf Ethen basierenden Prozessen auch Verfahren bekannt, die
1,3-Butadien als Rohstoff einsetzen. 1-Octen ist aber nicht direkt, beispielsweise über eine
Dimerisierung, aus Butadien erhältlich, sondern wird nach mehreren Prozessschritten erhalten.
So beschreibt die Patentanmeldung WO 92/10450 ein Verfahren, bei dem 1,3-Butadien
vorzugsweise mit Methanol oder Ethanol zu einem 2,7-Octadienylether umgesetzt wird, der
nach Hydrierung zum Octylether zum 1-Octen gespalten wird. In EP-A-0 440 995 wird ein
analoger Weg beschritten, die Umsetzung erfolgt im ersten Schritt aber mit einer Carbonsäure.
Gemeinsam ist den Verfahren der erste Prozessschritt, den man allgemein als Telomerisation
bezeichnet. Bei der Telomerisation wird allgemein ein Telogen (in EP-A-0 440 995 die
Carbonsäure) mit einem Taxogen (1,3-Butadien, 2 Äquivalente) zu einem Telomer umgesetzt.
Beispiele für Telomerisationsreaktionen werden unter anderem beschrieben in E. J. Smutny, J.
Am. Chem. Soc. 1967, 89, 6793; S. Takahashi, T. Shibano, N. Hagihara, Tetrahedron Lett.
1967, 2451; EP-A-0 561 779, US 3 499 042, US 3 530 187, GB 1 178 812, NL 6 816 008, GB 1 248 593,
US 3 670 029, US 3 670 032, US 3 769 352, US 3 887 627, GB 1 354 507, DE 20 40 708,
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und EP-A-0 218 100.
Bei den Verfahren zur Darstellung von 1-Octen auf der Basis von Butadien, wie beispielweise in
WO 92/10450 oder EP-A-0 440 995 beschrieben, wird das 1-Octen durch Spaltung eines an
1-Position substituierten n-Octans erhalten. Die Selektivitäten in diesem Schritt sind dabei
oftmals unbefriedigend. So wird in WO 92/10450 bei der Spaltung von 1-Methoxyoctan bei
einem Umsatz von 80% eine Selektivität zu Octenen von 66% genannt.
Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren aufzufinden, über das 1-Octen auf der Basis von
1,3-Butadien hergestellt werden kann, das aber den oben genannten Spaltungsschritt umgeht.
Es wurde nun gefunden, dass 1-Octen in hoher Reinheit und guter Ausbeute über einen Prozess
dargestellt werden kann, der sich im Wesentlichen aus drei Schritten zusammensetzt.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von 1-Octen durch
- 1. Umsetzung von 1,3-Butadien in Gegenwart eines Telomerisationskatalysators mit einem
Telogen der allgemeinen Formel I,
worin X für O, N, S oder P und Y für C, N oder Si steht und wobei X und Y je nach Wertigkeit von X und Y weitere Substituenten tragen können,
zu einem Telomer der allgemeinen Formel II mit den für X und Y genannten Bedeutungen
- 2. partielle Hydrierung der Verbindung gemäß Formel II zur Verbindung gemäß Formel III,
- 3. Gewinnung von 1-Octen durch Spaltung der Verbindung gemäß Formel III.
Für den Telomerisationsprozess in Schritt 1) der vorliegenden Erfindung können sowohl reines
1,3-Butadien als auch Mischungen, die 1,3-Butadien enthalten, eingesetzt werden. Als 1,3-
Butadien enthaltende Mischungen kommen vorzugsweise Mischungen von 1,3-Butadien mit
anderen C4-Kohlenwasserstoffen zum Einsatz. Solche Mischungen fallen beispielsweise bei
Spalt(Crack)-Prozessen zur Produktion von Ethen an, in denen Raffineriegase, Naphtha, Gasöl,
LPG (liquified petroleum gas), NGL (natural gas liquid) usw. umgesetzt werden. Die bei diesen
Prozessen als Nebenprodukt anfallenden C4-Schnitte enthalten je nach Spalt-Verfahren
unterschiedliche Mengen an 1,3-Butadien. Typische 1,3-Butadienkonzentrationen im C4-Schnitt,
wie sie aus einem Naphtha-Steamcracker erhalten werden, liegen bei 20-70% 1,3-Butadien.
Die C4-Komponenten n-Butan, i-Butan, 1-Buten, cis-2-Buten, trans-2-Buten und i-Buten, die
ebenfalls in diesen Schnitten enthalten sind, stören die Umsetzung im Telomerisationsschritt
nicht oder nicht wesentlich. Diene mit kumulierten Doppelbindungen (1,2-Butadien, Allen usw.)
und Alkine, insbesondere Vinylacetylen, wirken hingegen als Moderatoren in der Telomeri
sationsreaktion. Es ist daher vorteilhaft, die C4-Alkine und gegebenenfalls das 1,2-Butadien
vorher zu entfernen. Dies kann, falls möglich, über physikalische Verfahren wie Destillation oder
Extraktion erfolgen. Auf chemischem Wege können die Alkine über Selektivhydrierungen zu
Alkenen oder Alkanen und die kumulierten Diene zu Monoenen reduziert werden. Verfahren für
derartige Hydrierungen sind Stand der Technik und zum Beispiel in WO 98/12160, EP-A-0 273 900,
DE-A-37 44 086 oder US 4 704 492 beschrieben.
Als Telogene können in Schritt 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens alle Verbindungen
eingesetzt werden, die der allgemeinen Formel I genügen. In Formel I steht X für O, N, S oder
P und Y für C, N oder Si, wobei X und Y je nach Wertigkeit von X und Y weitere
Substituenten tragen können. Bevorzugte Substituenten an X und Y sind Wasserstoff,
Alkylreste mit 1-50 Kohlenstoffatomen, Arylreste mit 6-50 Kohlenstoffatomen und/oder
Heteroarylreste, wobei diese Substituenten jeweils gleich oder verschieden sein können und
ihrerseits wiederum mit den Gruppen Alkyl, Aryl, -F, -Cl, -Br, -I, -CF3, -OR, -COR, -CO2R, -
OCOR, -SR, -SO2R, -SOR, -SO3R, -SO2NR2, -NR2, -N=CR2, -NH2, mit R=H, substituierter
oder unsubstituierter, aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 25
Kohlenstoffatomen, substituiert sein können. Bevorzugt steht X für O oder N und Y für C.
Konkrete Beispiele für Telogene nach der allgemeinen Formel I sind
- - Monoalkohole wie zum Beispiel Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, Allylalkohol, n-Butanol, i-Butanol, Octanol, 2-Ethylhexanol, Isononanol, Benzylalkohol, Cyclohexanol, Cyclopentanol oder 2,7-Octadien-1-ol
- - Dialkohole wie zum Beispiel Ethylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,2-Butandiol, 2,3-Butandiol und 1,3-Butandiol
- - Hydroxyverbindungen wie zum Beispiel α-Hydroxyessigsäureester
- - primäre Amine wie zum Beispiel Methylamin, Ethylamin, Propylamin, Butylamin, Octylamin, 2,7-Octadienylamin, Dodecylamin, Ethylendiamin oder Hexamethylendiamin
- - sekundäre Amine wie Dimethylamin, Diethylamin, N-Methylanilin, Bis(2,7-Octadienyl)amin, Dicyclohexylamin, Methylcyclohexylamin, Pyrrolidin, Piperidin, Morpholin, Piperazin oder Hexamethylenimin.
Telogene, die selbst über eine Telomerisationsreaktion erhalten werden können, können direkt
eingesetzt oder aber in situ gebildet werden. So kann beispielsweise 2,7-Octadien-1-ol aus
Wasser und Butadien in Anwesenheit des Telomerisationskatalysators in situ gebildet werden,
2,7-Octadienylamin aus Ammoniak und 1,3-Butadien usw.
Besonders bevorzugt eingesetzte Telogene sind Methanol, Ethanol, n-Butanol, Ethylenglykol,
1,3-Propandiol, Dimethylamin und Diethylamin. Ganz besonders bevorzugt wird Methanol
eingesetzt.
Für das Verhältnis von Telogen zu 1,3-Butadien in der Telomerisationsreaktion ist die Anzahl
der aktiven Wasserstoffatome im Telogen zu berücksichtigen. So hat beispielsweise Methanol
ein aktives Wasserstoffatom, Ethylenglykol hat zwei, Methylamin hat zwei usw.
Pro Mol aktivem Wasserstoffatom des Telogens, das mit dem 1,3-Butadien reagieren kann,
werden 0,001 Mol bis 10 Mol 1,3-Butadien in der Telomerisationsreaktion eingesetzt. Bei einer
Reaktionsführung mit einer flüssigen Phase wird ein Verhältnis von 0,1 Mol bis 2 Mol 1,3-
Butadien pro Mol aktivem Wasserstoff bevorzugt.
Als Telomerisationskatalysatoren können homogene, heterogene oder immobilisierte
Katalysatoren oder Kombinationen hiervon verwendet werden. In der Literatur ist eine Vielzahl
von Katalysatoren für diese Reaktion beschrieben (vgl. A. Behr, "Homogeneous Transition
Metal Catalysts", Aspects of Homogeneous Catalysis, 1984, 5, 3-73). Beispielsweise werden
Übergangsmetalle aus der VIII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente und ihre
Komplexe erfolgreich als Katalysatoren eingesetzt.
Im Rahmen dieser Erfindung wird der Einsatz von Nickel-, Rhodium-, Palladium- und
Platinkatalysatoren bevorzugt. Besonders bevorzugt wird dabei der Einsatz von Palladium
katalysatoren. Es können sowohl Palladium(0) als auch Palladium(II)-Verbindungen im
Telomerisationsschritt eingesetzt werden. Beispiele für geeignete Palladiumverbindungen sind
Palladium(II)-chlorid, Palladium(II)-bromid, Palladium(II)-acetat, Palladium(II)-formiat, Palla
dium(II)-octanoat, Palladium(II)-carbonat, Palladium(II)-sulfat, Palladium(II)-nitrat, Palla
dium(II)-acetylacetonat, Palladium(II)-alkylsulfonate, Na2PdCl4, K2PdCl4, Dichlorobis(benzo
nitril)palladium, Allylpalladiumchlorid, Allylpalladiumacetat, Trisallylpalladium, 1,5-Cycloocta
dienpalladium(II)-chlorid, Bis(triphenylphosphin)palladium(II)-chlorid, (1,2-Bis(diphenyl
phosphino)ethan)palladium(II)-chlorid. Bei Einsatz von Palladiumhalogeniden muss der
Reaktion ein Aktivator zugesetzt werden, da freie Halogenidionen die Telomerisationsreaktion
inhibieren. Der Einsatz von Palladium(II)-salzen mit organischen Resten wie Palladiumacetat
oder Palladiumacetylacetonat wird daher bevorzugt. Beispiele für Palladium(0)-komplexe
umfassen Komplexe des Palladiums mit Phosphor-, Stickstoff oder Arsendonoratomen, Alkin-,
Alken-, und Dienkomplexe. Beispiele für Phosphorliganden sind Phosphine, Phosphite,
Phosphonite oder Phosphinite, Beispiele für Stickstoffliganden sind Amine, Nitrile und Pyridine.
Konkrete Beispiele sind Tetrakis(triphenylphosphin)palladium(0), Tris(dibenzylidenaceton)-
dipalladium(0) und Bis(1,5-cyclooctadien)palladium.
Die eingesetzte Menge an Telomerisationskatalysator ist abhängig von seiner Aktivität.
Prinzipiell kann jede Katalysatormenge eingesetzt werden, die eine ausreichende Reaktions
geschwindigkeit gewährleistet. In homogenkatalysierten Reaktionen, bei denen Edukte,
Produkte und ein Übergangsmetallkatalysator gelöst in einer Phase vorliegen, werden in der
Regel zwischen 0,1 ppm und 50 000 ppm Metall (bezogen auf die Reaktionsmischung)
eingesetzt. Bei Einsatz von Palladiumkatalysatoren werden bevorzugt zwischen 1 ppm und
1 000 ppm, besonders bevorzugt zwischen 3 ppm und 100 ppm Katalysatormetall eingesetzt.
Wird die Telomerisation in mehrphasigen Systemen durchgeführt (zum Beispiel
heterogenkatalysiert oder zwei flüssige Phasen, von denen eine den Katalysator enthält), können
sich diese Konzentrationsbereiche verschieben. Bei der Telomerisation in mehreren flüssigen
Phasen ist es besonders vorteilhaft, wenn Katalysator und Produkt in unterschiedlichen Phasen
vorliegen, da dann der Katalysator einfach über eine Phasentrennung abgetrennt werden kann.
Oftmals bildet dabei Wasser eine der flüssigen Phasen aus. Es werden beispielsweise aber auch
perfluorierte Kohlenwasserstoffe, ionische Flüssigkeiten und überkritisches Kohlendioxid
eingesetzt (zu ionischen Flüssigkeiten vgl. P. Wasserscheid, W. Keim, Angew. Chem., Int. Ed.
2000, 39, 3772-3789). Die Telomerisation von Butadien mit Wasser in ionischen Flüssigkeiten
beschreiben J. E. L. Dullius, P. A. Z. Suarez, S. Einloft, R. F. de Souza, J. Dupont, J. Fischer,
A. D. Cian, Organometallics 1999, 17, 997-1000. Einen Überblick über Wasser als
Trägerphase für den Katalysator findet man beispielsweise in B. Cornils, W. A. Herrmann (Eds.)
"Aqueous-Phase Organometallic Catalysis", Wiley-VCH, Weinheim, New-York, Chichester,
Brisbane, Singapore, Toronto, 1998. Besonders vorteilhaft ist es bei Verfahren mit mehreren
flüssigen Phasen ein Telogen einzusetzen, das zusammen mit dem Katalysator in einer Phase
vorliegt, die Produkte sich aber hauptsächlich in einer zweiten Phase befinden.
Die Telomerisationskatalysatoren können in aktiver Form in den Prozess eingebracht werden.
Oft ist es jedoch einfacher, einen Vorläufer (Precursor) einzusetzen, der unter den
Reaktionsbedingungen die katalytisch aktive Spezies ausbildet.
Durch Zugabe von Liganden zur Telomerisationsreaktion kann der Reaktionsverlauf in der
Regel erheblich verbessert werden. Es ist daher von Vorteil, Schritt 1 des erfindungsgemäßen
Verfahrens in Gegenwart von Liganden durchzuführen. Prinzipiell sind alle Liganden geeignet,
die die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen, die Selektivität der Bildung von Verbindung II
verbessern, die Katalysatorstandzeit verlängern usw. Beispiele für geeignete Liganden sind
Verbindungen mit einem oder mehreren trivalenten Phosphor-, Arsen-, Antimon- oder
Stickstoffatomen.
Beispiele für Phosphorliganden sind:
Phosphine wie zum Beispiel Triphenylphosphin, Tris(p-tolyl)phosphin, Tris(m-tolyl)phosphin, Tris(o-tolyl)phosphin, Tris(p-methoxyphenyl)phosphin, Tris(p-dimethylaminophenyl)phosphin, Tricyclohexylphosphin, Tricyclopentylphosphin, Triethylphosphin, Tris(1-naphthyl)phosphin, Tribenzylphosphin, Tri-n-butylphosphin, Tri-tert.-butylphosphin, Tris(3-sulfonato-phenyl)- phosphin (Metallsalz), Bis(3-sulfonato-phenyl)phenylphosphin (Metallsalz), (3-sulfonato- phenyl)diphenylphosphin (Metallsalz),
Phosphite wie zum Beispiel Trimethylphosphit, Triethylphosphit, Tri-n-propylphosphit, Tri-i- propylphosphit, Tri-n-butylphosphit, Tri-i-butylphosphit, Tri-tert.-butylphosphit, Tris(2-ethyl hexyl)phosphit, Triphenylphosphit, Tris(2,4-di-tert.-butylphenyl)phosphit, Tris(2-tert.-butyl-4- methoxyphenyl)phosphit, Tris(2-tert.-butyl-4-methylphenyl)phosphit, Tris(p-kresyl)phosphit, Phosphonite wie zum Beispiel Methyldiethoxyphosphin, Phenyldimethoxyphosphin, Phenyldi phenoxyphosphin, 2-Phenoxy-2H-dibenz[c,e][1,2]oxaphosphorin und dessen Derivate, in denen die Wasserstoffatome ganz oder teilweise durch Alkyl- und/oder Arylreste oder Halogenatome ersetzt sind,
Phosphinite wie zum Beispiel Diphenyl(phenoxy)phosphin und dessen Derivate, in denen die Wasserstoffatome ganz oder teilweise durch Alkyl- und/oder Arylreste oder Halogenatome ersetzt sind, Diphenyl(methoxy)phosphin, Diphenyl(ethoxy)phosphin usw.
Phosphine wie zum Beispiel Triphenylphosphin, Tris(p-tolyl)phosphin, Tris(m-tolyl)phosphin, Tris(o-tolyl)phosphin, Tris(p-methoxyphenyl)phosphin, Tris(p-dimethylaminophenyl)phosphin, Tricyclohexylphosphin, Tricyclopentylphosphin, Triethylphosphin, Tris(1-naphthyl)phosphin, Tribenzylphosphin, Tri-n-butylphosphin, Tri-tert.-butylphosphin, Tris(3-sulfonato-phenyl)- phosphin (Metallsalz), Bis(3-sulfonato-phenyl)phenylphosphin (Metallsalz), (3-sulfonato- phenyl)diphenylphosphin (Metallsalz),
Phosphite wie zum Beispiel Trimethylphosphit, Triethylphosphit, Tri-n-propylphosphit, Tri-i- propylphosphit, Tri-n-butylphosphit, Tri-i-butylphosphit, Tri-tert.-butylphosphit, Tris(2-ethyl hexyl)phosphit, Triphenylphosphit, Tris(2,4-di-tert.-butylphenyl)phosphit, Tris(2-tert.-butyl-4- methoxyphenyl)phosphit, Tris(2-tert.-butyl-4-methylphenyl)phosphit, Tris(p-kresyl)phosphit, Phosphonite wie zum Beispiel Methyldiethoxyphosphin, Phenyldimethoxyphosphin, Phenyldi phenoxyphosphin, 2-Phenoxy-2H-dibenz[c,e][1,2]oxaphosphorin und dessen Derivate, in denen die Wasserstoffatome ganz oder teilweise durch Alkyl- und/oder Arylreste oder Halogenatome ersetzt sind,
Phosphinite wie zum Beispiel Diphenyl(phenoxy)phosphin und dessen Derivate, in denen die Wasserstoffatome ganz oder teilweise durch Alkyl- und/oder Arylreste oder Halogenatome ersetzt sind, Diphenyl(methoxy)phosphin, Diphenyl(ethoxy)phosphin usw.
Im Rahmen dieser Erfindung werden auch Phosphoniumsalze als Liganden verstanden. Beispiele
für geeignete Phosphoniumsalze und ihren Einsatz in der Telomerisation finden sich unter
anderem in EP-A-0 296 550.
Bei Einsatz von Übergangsmetallkatalysatoren beträgt das Verhältnis von Ligand zu Metall
(Mol/Mol) normalerweise 0,1/1 bis 500/1, bevorzugt 0,5/1 bis 50/1, besonders bevorzugt 1/1
bis 20/1. Der Ligand kann der Reaktion in Substanz, gelöst oder in Form von Metallkomplexen
zugeführt werden. Zusätzlicher Ligand kann der Reaktion zu jedem Zeitpunkt und an beliebiger
Stelle im Reaktor in Substanz, als Lösung oder in Form eines Metallkomplexes zugeführt
werden.
Oftmals ist es vorteilhaft, die Telomerisationsreaktion in Gegenwart von Basen durchzuführen.
Beispiele für geeignete Basen sind Metallhydroxide, insbesondere Alkalimetallhydroxide und
Erdalkalimetallhydroxide, Metallcarbonate und Metallhydrogencarbonate, insbesondere
Alkalimetall- und Erdalkalimetallcarbonate und Alkali- und Erdalkalimetallhydrogencarbonate,
Hydroxide quartärer Ammonium- oder Phosphoniumionen, Alkoholate, Alkoxide, Enolate,
Phenolate, Metallsalze von Carbonsäuren, Metallamide wie zum Beispiel Natriumamid oder
Lithiumdiethylamid, Alkalimetallborhydride, Alkalimetallaluminiumhydride und organische
Stickstoffbasen, insbesondere Amine wie zum Beispiel Triethylamin, Pyridin oder Trioctylamin.
Besonders vorteilhaft ist es, Metallsalze des Telogens entsprechend der allgemeinen Formel IV
einzusetzen.
Darin bedeutet M ein ein oder entsprechend der Stöchiometrie anteilig mehrwertiges Metall. X
und Y haben die bereits angegebenen Bedeutungen. Bevorzugt steht M für ein Alkalimetall,
Erdalkalimetall, Bor oder Aluminium, besonders bevorzugt für Lithium, Natrium oder Kalium.
Verbindungen nach der allgemeinen Formel IV können oftmals einfach aus der Reaktion des
Telogens nach Formel I mit dem Metall erhalten werden. Dies kann auch in situ erfolgen.
Die Menge an eingesetzter Base, die der Telomerisationsreaktion zugesetzt wird, ist stark
abhängig von der Art der eingesetzten Base. Bei Einsatz von Übergangsmetallkatalysatoren
werden normalerweise 0 bis 50 000 Mol Base pro Mol Übergangsmetall eingesetzt, bevorzugt
0,5 bis 5 000, besonders bevorzugt 0,5 bis 500 Mol Base pro Mol Übergangsmetall. Es ist auch
möglich, mehrere Basen auf einmal einzusetzen.
Für die Durchführung von Schritt 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Zusatz anderer
Hilfsstoffe Vorteile bringen, beispielsweise der Einsatz von Inhibitoren, die die Polymerisation
des Butadiens unterdrücken. Derartige Inhibitoren sind normalerweise auch im kommerziellen,
(stabilisierten) reinen 1,3-Butadien enthalten. Ein Standardstabilisator ist beispielsweise tert.-
Butylbrenzkatechol.
Schritt 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ohne Lösemittel oder unter Zusatz von
Lösemitteln durchgeführt werden. Die eingesetzten Lösemittel sollten dabei weitgehend inert
sein. Bevorzugt wird der Zusatz von Lösemitteln bei Einsatz von Telogenen, die unter den
Reaktionsbedingungen als Feststoffe vorliegen oder bei Produkten, die unter den Reaktions
bedingungen als Feststoffe anfallen würden. Geeignete Lösemittel sind unter anderem
aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe wie zum Beispiel C3-C20-
Alkane, Mischungen niederer oder höherer Alkane (C3-C20), Cyclohexan, Cyclooctan,
Ethylcyclohexan, Alkene und Polyene, Vinylcyclohexen, 1,3,7-Octatrien, die C4-
Kohlenwasserstoffe aus Crack-C4-Schnitten, Benzol, Toluol und Xylol; polare Lösemittel wie
zum Beispiel tertiäre und sekundäre Alkohole, Amide wie zum Beispiel Acetamid,
Dimethylacetamid und Dimethylformamid, Nitrile wie zum Beispiel Acetonitril und Benzonitril,
Ketone wie zum Beispiel Aceton, Methylisobutylketon und Diethylketon, Carbonssäureester
wie zum Beispiel Essigsäureethylester, Ether wie beispielsweise Dipropylether, Diethylether,
Methyl-tert.-butylether (MTBE), Dimethylether, Methyloctylether, 3-Methoxyoctan, Dioxan,
Tetrahydrofuran, Anisol, Alkyl- und Arylether von Ethylenglykol, Diethylenglykol und
Polyethylenglykol und andere polare Lösemittel wie zum Beispiel Sulfolan, Dimethylsulfoxid,
Ethylencarbonat und Propylencarbonat. Auch Wasser kann als Lösemittel eingesetzt werden.
Die Lösemittel kommen allein oder als Mischungen verschiedener Lösemittel zum Einsatz.
Schritt 1 der vorliegenden Erfindung wird vorteilhaft unter Ausschluss von Sauerstoff
durchgeführt, da Sauerstoff sich nachteilig auf die Stabilität der Katalysatorsysteme auswirkt.
Die Temperatur, bei der die Telomerisationsreaktion ausgeführt wird, liegt zwischen 10°C und
200°C, bevorzugt zwischen 40°C und 150°C, besonders bevorzugt zwischen 40°C und
110°C. Der Reaktionsdruck beträgt 1 bar bis 300 bar, bevorzugt 1 bar bis 120 bar, besonders
bevorzugt 1 bar bis 64 bar und ganz besonders bevorzugt 1 bar bis 20 bar.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es nicht notwendig, einen vollständigen Umsatz des
Butadiens in der Telomerisation zu erreichen. Der Umsatz des Butadiens liegt zwischen 5%
und 100%, bevorzugt zwischen 50% und 100%, besonders bevorzugt zwischen 80% und
100%.
Schritt 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens kann kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben
werden und ist nicht auf den Einsatz bestimmter Reaktortypen begrenzt. Beispiele für
Reaktoren, in denen die Reaktion durchgeführt werden kann, sind Rührkesselreaktor,
Rührkesselkaskade, Strömungsrohr und Schlaufenreaktor. Auch Kombinationen verschiedener
Reaktoren sind möglich, beispielsweise ein Rührkesselreaktor mit nachgeschaltetem
Strömungsrohr.
Die bei der Reaktion entstehende Reaktionswärme wird nach bekannten Verfahren abgeführt,
beispielsweise durch interne oder externe Kühler. Konkret kann dies den Einsatz von
Rohrbündelreaktoren, Reaktoren mit Kühlfingern, Kühlschlangen oder -platten oder die
Kühlung eines Rückführungsstroms (Reaktoren mit Kreislauf, Recycling), bedeuten.
Der in Stufe 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Telomerisationskatalysator kann
nach der Telomerisationsreaktion zurückgewonnen und ganz oder teilweise für weitere
Telomerisationsreaktionen eingesetzt werden (vgl. EP-A-0 218 100). Die Abtrennung des
Katalysators kann beispielsweise über eine Destillation, Extraktion, Fällung oder Adsorption
erfolgen. Liegt der Katalysator ganz oder teilweise in einer zweiten Phase vor, kann die
Trennung einfach durch Trennung der Phasen erfolgen.
Es ist auch möglich, dass der Katalysator vor der Abtrennung oder während der Abtrennung
modifiziert wird. Dies gilt analog für die vollständige oder teilweise Rückführung in den
Prozess, der ebenfalls eine Modifikation des Katalysators vorgeschaltet werden kann.
Beispielsweise wird in US 4 146 738 ein Verfahren beschrieben, bei dem vor der
Katalysatorabtrennung der Katalysator durch Hilfsstoffe stabilisiert wird. Nach der Trennung
von den anderen Produkten erfolgt eine Aktivierung und Rückführung in den Prozess.
Alternativ kann der Katalysator nach der Reaktion auch anderweitig aufgearbeitet werden (vgl.
WO 90/13531, US 5 254 782).
Wird in Schritt I das eingesetzte Telogen nicht vollständig umgesetzt, wird das überschüssige
Telogen bevorzugt vom Austrag aus Schritt I des erfindungsgemäßen Verfahrens abgetrennt
und ganz oder teilweise in Schritt I zurückgeführt.
In Schritt 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens werden neben dem Produkt nach der
allgemeinen Formel II als Nebenprodukte hauptsächlich an der 3-Position substituiertes 1,7-
Octadien, 1,3,7-Octatrien und 4-Vinylcyclohexen erhalten. Hinzu kommen geringe Mengen an
höhersiedenden Komponenten. Für das weitere Verfahren kann es vorteilhaft sein, die
Nebenprodukte ganz oder teilweise vom Produkt nach der allgemeinen Formel II abzutrennen.
Grundsätzlich können alle Verfahren oder Kombinationen von Verfahren zu Anwendung
kommen, mit denen die Verbindung nach der allgemeinen Formel II aus dem Produktgemisch
abgetrennt werden kann. Bevorzugte Trenntechnik ist die Destillation. Für die destillative
Trennung können alle verfügbaren Techniken eingesetzt werden, beispielsweise Bodenkolonnen,
Kolonnen mit Packungen, Trennwandkolonnen, Extraktivdestillation, Dünnschichtverdampfer
und Fallfilmverdampfer. Die destillative Trennung kann in einem oder in mehreren Schritten
erfolgen und ist abhängig von den Siedepunkten der im Produktgemisch enthaltenen
Komponenten. Werden butadienhaltige Mischungen von C4-Kohlenwasserstoffen als Edukte
eingesetzt, haben die verbleibenden C4-Kohlenwasserstoffe den niedrigsten Siedepunkt und
können daher einfach über Kopf abgetrennt abgetrennt werden.
Wenn in den verbleibenden C4-Kohlenwasserstoffen Isobuten enthalten ist und als Telogen
Alkohole eingesetzt werden, ergibt sich zudem die Möglichkeit, überschüssigen Alkohol
zusammen mit den C4-Kohlenwasserstoffen abzutrennen und in anderen Prozessen weiter
umzusetzen. Ist beispielsweise Isobuten in den C4-Kohlenwasserstoffen enthalten und es wird
Methanol als Telogen eingesetzt, so können nach der Telomerisation verbleibende C4-
Kohlenwasserstoffe zusammen mit überschüssigem Methanol abgetrennt und gemeinsam in eine
MTBE Synthese eingespeist werden.
Es kann weiterhin von Vorteil sein, andere Komponenten des Austrags aus Schritt 1 des
erfindungsgemäßen Verfahrens zu isolieren und gegebenenfalls in den Prozess zurückzuführen
oder separat zu verwerten. Für die hierzu eingesetzten Techniken gilt analog dasselbe wie bei
der Isolierung des Produkts nach der allgemeinen Formel II. Als zu isolierende Komponenten
eignen sich insbesondere das eingesetzte Telogen, überschüssiges 1,3-Butadien, das an 3-
Position substituierte 1,7-Octadien, 1,3,7-Octatrien, 4-Vinylcyclohexen, die eingesetzte Base
beziehungsweise die eingesetzten Basen und gegebenenfalls eingesetzte Lösemittel.
Das Produkt nach der allgemeinen Formel II wird in Schritt 2 zum Produkt nach der
allgemeinen Formel III hydriert. Das Produkt nach der allgemeinen Formel II kann dabei in
reiner Form oder aber in Mischungen mit einer oder mehreren anderen der Komponenten aus
Schritt 1 eingesetzt werden.
Die Hydrierung zum Produkt nach der allgemeinen Formel III kann als Flüssig- und/oder
Gasphasenhydrierung oder in Kombination dieser Techniken erfolgen und sie kann in einem
oder mehreren Schritten erfolgen wie beispielsweise in einer Vor- und einer Endhydrierung.
Die Hydrierung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Als Reaktoren
können die bekannten Standards für Hydrierungen eingesetzt werden, beispielsweise
Tricklebett-Reaktoren. Die bei der Reaktion entstehende Reaktionswärme wird nach bekannten
Verfahren abgeführt, beispielsweise durch interne oder externe Kühler. Konkret kann dies den
Einsatz von Rohbündelreaktoren, Kühlfingern, Kühlschlangen oder -platten oder die Kühlung
eines Rückführungsstroms (Reaktoren mit Kreislauf, Recycling), bedeuten.
Die Hydrierung wird katalysiert durchgeführt. Es können dabei sowohl homogene als auch
heterogene Katalysatoren eingesetzt werden. Beispielsweise werden Übergangsmetalle als
Katalysatoren für diese Hydrierung eingesetzt, insbesondere Kupfer, Chrom und die Metalle der
VIII. Nebengruppe des Periodensystems.
Bei Einsatz von homogenen Katalysatoren werden neben dem Katalysatormetall zusätzliche
Liganden eingesetzt. Geeignete Liganden sind beispielsweise Verbindungen des dreiwertigen
Phosphors (zum Beispiel Phosphine oder Phosphite), Verbindungen des dreiwertigen Arsens
oder Antimons, Stickstoffverbindungen (zum Beispiel Amine, Pyridine, Nitrile), Halogenide,
Kohlenmonoxid und Cyanid.
Bei heterogenen Katalysatoren können die oben genannten Metalle mit anderen Metallen oder
Moderatoren modifiziert sein. So werden zum Beispiel heterogene Palladiumkatalysatoren
oftmals durch Zusatz von Schwefel oder Kohlenmonoxid in ihrer Aktivität und Selektivität
modifiziert. Kupfer-Katalysatoren wird oftmals ein Anteil an Chrom zugesetzt.
Der Einsatz von geträgerten Katalysatoren ist in der Regel vorteilhaft, da geringere
Metallmengen benötigt werden und über die Beschaffenheit des Trägers zusätzlich die
Eigenschaften des Katalysators beeinflusst werden können. Als Trägermaterialien haben sich
beispielsweise Aktivkohle, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Silizium-Aluminium-Oxid,
Bariumcarbonat, Bariumsulfat und Kieselgur bewährt.
Die Hydrierung des 2,7-Octadienylrestes zum 2-Octenylrest ist aus der Literatur bekannt.
Beispiele für die homogen katalysierte Hydrierung finden sich in Chemistry Letters 1977, 1083-
1084 und Bull. Chem. Soc. Jap. 1968, 41, 254-255. In US 5 118 837 wird der Einsatz
heterogener Katalysatoren beschrieben.
Die Hydrierungen werden bei Temperaturen von 0 bis 400°C, bevorzugt zwischen 20 und 200
°C durchgeführt. Der Druck liegt dabei zwischen 0,01 und 300 bar, bevorzugt zwischen 0,1 und
125 bar, besonders bevorzugt zwischen 1 und 64 bar.
Die Hydrierung in der Flüssigphase, egal ob homogen oder heterogen katalysiert, kann ohne
oder in Gegenwart von zusätzlichen Lösemitteln durchgeführt werden. Beispiele für geeignete
Lösemittel sind aliphatische und cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise C3-
C16-Alkane, Mischungen niederer oder höherer Alkane (C3-C20), Cyclohexan, Cyclooctan und
Ethylcyclohexan; Alkohole wie beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, n-
Butanol, Isobutanol, 2-Ethylhexanol, Isononanol und Isotridecanol; Polyole wie beispielsweise
Ethylenglykol, Propylenglykol, 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol; Carbonsäureester wie
beispielsweise Essigsäureethylester; Ether wie beispielsweise Dipropylether, Diethylether,
Dimethylether, Methyl-tert.-butylether, Methyloctylether, 3-Methoxyoctan, Dioxan, Tetrahy
drofuran, Alkylether von Ethylenglykol, Diethylenglykol und Polyethylenglykol; Sulfolan,
Dimethylsulfoxid, Ethylencarbonat, Propylencarbonat und Wasser. Die Lösemittel kommen
allein oder auch als Mischungen verschiedener Lösemittel zum Einsatz.
Bei der Hydrierung in der Flüssigphase können auch mehrere flüssige Phasen vorliegen. Dieses
Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn Katalysator und Produkt in unterschiedlichen Phasen
vorliegen, da dann der Katalysator einfach über eine Phasentrennung abgetrennt werden kann.
Oftmals bildet dabei Wasser eine der flüssigen Phasen aus. Es werden beispielsweise aber auch
perfluorierte Kohlenwasserstoffe, ionische Flüssigkeiten und überkritisches Kohlendioxid
eingesetzt (zu Ionischen Flüssigkeiten vgl. P. Wasserscheid, W. Keim, Angew. Chem., Int. Ed.
2000, 39, 3772-3789). Einen Überblick über Wasser als Trägerphase für den Katalysator findet
man beispielsweise in B. Cornils, W. A. Herrmann (Eds.) "Aqueous-Phase Organometallic
Catalysis", Wiley-VCH, Weinheim, New-York, Chichester, Brisbane, Singapore, Toronto,
1998.
Bei den Hydrierungen in der Gashase können neben Wasserstoff und Substrat noch andere Gase
anwesend sein. Beispielsweise können Stickstoff und/oder Argon, aber auch unter den
Hydrierbedingungen gasförmige Alkane wie beispielsweise Methan, Propan oder Butan
zugesetzt werden.
Für die Hydrierung in der Gasphase und in der Flüssigphase gilt, dass eine oder mehrere
Komponenten aus Schritt 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens vollständig oder teilweise
zugegen sein können. Dabei kann es vorkommen, dass diese Komponenten unter den
Bedingungen der Hydrierung ebenfalls reduziert werden. So werden beispielsweise die als
Nebenprodukt entstehenden an 3-Position substituierten 1,7-Octadiene wenigstens teilweise
hydriert, aus dem 1,3,7-Octatrien werden ebenfalls wenigstens teilweise weniger ungesättigte
oder gesättigte Spezies entstehen (Octadiene, Octene, Octan).
Die Hydrierung in Schritt 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens kann kontinuierlich, semi
kontinuierlich oder diskontinuierlich (batchweise) erfolgen. Bevorzugt wird die kontinuierliche
Verfahrensführung.
Vorzugsweise wird in Schritt 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens ein möglichst vollständiger
Umsatz der Verbindung nach der allgemeinen Formel II erreicht. Es ist aber auch möglich, die
Reaktion nach einem Teilumsatz abzubrechen und die nicht umgesetzte Menge an II nach
Abtrennung von den restlichen Komponenten in den Schritt 2 zurückzuführen oder
gegebenenfalls anderweitig zu verwerten.
Das Produkt nach der allgemeinen Formel III aus Schritt 2 wird im dritten Schritt zu 1-Octen
und weiteren Spaltprodukten umgesetzt. Hierzu ist es gegebenenfalls sinnvoll, das Produkt nach
der allgemeinen Formel III vorher durch physikalische Verfahren aufzureinigen. Grundsätzlich
können alle Verfahren oder Kombinationen von Verfahren zur Anwendung kommen, mit denen
die Nebenprodukte ganz oder teilweise von der Verbindung nach der allgemeinen Formel III
abgetrennt werden können. Bevorzugte Trenntechnik ist die Destillation. Für die destillative
Trennung können alle verfügbaren Techniken eingesetzt werden, beispielsweise Bodenkolonnen,
Kolonnen mit Packungen, Trennwandkolonnen, Extraktivdestillation, Dünnschichtverdampfer
und Fallfilmverdampfer. Die destillative Trennung kann in einem oder in mehreren Schritten
erfolgen und ist abhängig von den Siedepunkten der im Produktgemisch enthaltenen
Komponenten.
In Schritt 3 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Verbindung nach der allgemeinen
Formel III gespalten, wobei 1-Octen entsteht. Die weiteren Spaltprodukte sind abhängig vom in
Schritt 1 eingesetzten Telogen. Bei Einsatz von Methanol als Telogen in Schritt 1 des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird beispielsweise Formaldehyd gebildet, bei Einsatz von
Ethanol Acetaldehyd, bei n-Butanol Butanal und bei Diethylamin Ethylethylidenamin.
Die Spaltung kann sowohl in der Flüssigphase als auch in der Gasphase durchgeführt werden.
Die Spaltung kann in Gegenwart jeder Menge anderer Stoffe erfolgen, die unter den
Spaltbedingungen inert beziehungsweise weitgehend inert sind. Beispielsweise können Stickstoff
oder Argon, aber auch Wasser, Wasserdampf oder Alkane wie beispielsweise Methan, Propan
oder Butan zugesetzt werden.
Die Temperatur, bei der die Spaltung der Verbindung nach der allgemeinen Formel III erfolgt,
liegt zwischen 100 und 800°C, bevorzugt zwischen 150 und 600°C, besonders bevorzugt
zwischen 250 und 500°C.
Der Druck beträgt 0,05 bis 300 bar, bevorzugt 1 bis 125 bar, besonders bevorzugt 1 bis 64 bar.
Die Spaltungsreaktion kann ohne oder in Anwesenheit von heterogenen Katalysatoren
durchgeführt werden. Bevorzugt eingesetzt werden Katalysatoren mit lewissauren Zentren wie
beispielsweise amorphe Silika-Aluminas, Aluminas, Silikas, Kieselsäuren, aluminiumhaltige
Kieselsäuren, Tonerden und Zeolithe.
Die Spaltung in Schritt 3 des erfindungsgemäßen Verfahren kann kontinuierlich, semi
kontinuierlich oder diskontinuierlich (batchweise) erfolgen.
Eine weitere Verfahrensvariante ist die Spaltung der Verbindung nach der allgemeinen
Formel III bei gleichzeitiger Abtrennung der Spaltungsprodukte. Die Abtrennung der
Spaltungsprodukte kann beispielsweise über die Gasphase erfolgen. Technisch ist dies zum
Beispiel durch eine Destillation realisierbar; im unteren, wärmeren Teil der Destillation wird die
Verbindung nach der allgemeinen Formel III gespalten, das entstehende 1-Octen und
gegebenenfalls weitere Spaltungsprodukte werden über Kopf abgetrennt.
In der Spaltung wird die Verbindung nach der allgemeinen Formel III vollständig oder teilweise
umgesetzt. Bei einem Teilumsatz enthält der Austrag der Spaltung noch nicht umgesetztes
Edukt der allgemeinen Formel III. Dies kann, nach Abtrennung des gebildeten 1-Octens und
gegebenenfalls anderer Spaltungsprodukte, in die Spaltung zurückgeführt werden. Es ist dabei
auch möglich, nur das 1-Octen und gegebenenfalls einen Teil der Spaltprodukte abzutrennen
und die Rückführung in die Vorreinigung vor der eigentlichen Spaltung zurückzuführen.
Die Abtrennung des 1-Octens von den anderen Komponenten des Austrags der Spaltung erfolgt
nach bekannten Verfahren wie beispielsweise Phasenseparation, Extraktion, Wäsche,
Destillation oder Fällung. Sie ist stark abhängig von dem in der Telomerisation eingesetzten
Telogen. So kann der bei der Spaltung des 1-Methoxy-2-octens entstehende Formaldehyd
einfach über eine Extraktion mit Wasser vom 1-Octen getrennt werden. Wird bei der Spaltung
des 1-Methoxy-2-octens Wasser oder Wasserdampf zugesetzt, fällt bei der Aufarbeitung
ebenfalls eine wässrige Formaldehydlösung an. In beiden Fällen kann dann die organische Phase,
die das 1-Octen enthält, zum Beispiel über eine Destillation weiter aufgereinigt werden. Setzt
man hingegen beispielsweise Butanol als Telogen im Telomerisationsschritt ein, dann wird bei
der Spaltung des 1-Butoxy-2-octens unter anderem Butyraldehyd gebildet. In diesem Fall
können die Produkte der Spaltung beispielsweise durch eine Destillation in die einzelnen
Komponenten aufgetrennt werden.
Bei der Spaltung der Verbindung nach der allgemeinen Formel III entstehen neben dem 1-Octen
auch andere Spaltprodukte mit ungesättigten Bindungen (Doppel- und/oder Dreifach
bindungen), die in der vorliegenden Beschreibung als Spaltprodukte IV bezeichnet werden. Eine
Option der vorliegenden Erfindung ist es, diese Spaltprodukte mit Wasserstoff zu hydrieren.
Diese Hydrierung kann direkt während der Spaltung, im Anschluss an die Spaltung oder nach
teilweiser oder vollständiger Auftrennung der Produkte aus Schritt 3 des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgen. Das Produkt der Hydrierung kann, gegebenenfalls nach einer Aufreinigung,
ganz oder teilweise in Schritt 1 als Telogen eingesetzt werden. Wird beispielsweise Ethanol als
Telogen eingesetzt, entsteht in Schritt 3 des erfindungsgemäßen Verfahrens Acetaldehyd, aus
dem nach Hydrierung wieder Ethanol entsteht, aus Butanol wird entsprechend Butyraldehyd,
der wieder zu Butanol hydriert werden kann, usw.
Die Hydrierung der Spaltprodukte IV wird katalysiert in einer oder mehreren Stufen
durchgeführt. In den einzelnen Stufen kann die Hydrierung in der Gas- oder in der Flüssigphase
erfolgen. Es können homogen gelöste oder heterogene Katalysatoren eingesetzt werden.
Bevorzugt wird der Einsatz heterogener Katalysatoren. Beispielsweise werden Übergangs
metalle als Katalysatoren für die Hydrierung des Spaltprodukts IV eingesetzt. Insbesondere
seien Kupfer, Chrom und die Metalle der VIII. Nebengruppe des Periodensystems genannt.
Bei heterogenen Katalysatoren können die oben genannten Metalle mit anderen Metallen oder
Moderatoren modifiziert sein. Kupfer-Katalysatoren wird beispielsweise oft ein Anteil an Chrom
zugesetzt.
Der Einsatz von geträgerten Katalysatoren ist in der Regel vorteilhaft, da geringere
Metallmengen benötigt werden und über die Beschaffenheit des Trägers zusätzlich die
Eigenschaften des Katalysators beeinflusst werden können. Als Trägermaterialien haben sich
beispielsweise Aktivkohle, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Silizium-Aluminium-Oxid,
Bariumcarbonat, Bariumsulfat und/oder Kieselgur bewährt.
Die Hydrierungen der Spaltprodukte IV werden, wenn sie nicht unter den Bedingungen der
Spaltung erfolgen, bei Temperaturen von 0 bis 400°C, bevorzugt zwischen 50 und 250°C
durchgeführt. Der Druck liegt dabei zwischen 0,01 und 300 bar, bevorzugt zwischen 0,1 und
125 bar, besonders bevorzugt zwischen 1 und 64 bar.
Als Reaktoren können die bekannten Standards für Hydrierungen eingesetzt werden,
beispielsweise Tricklebett-Reaktoren. Die bei der Reaktion entstehende Reaktionswärme wird
nach bekannten Verfahren abgeführt, beispielsweise durch interne oder externe Kühler. Konkret
kann dies den Einsatz von Rohbündelreaktoren, Kühlfingern, Kühlschlangen oder -platten oder
die Kühlung eines Rückführungsstroms (Reaktoren mit Kreislauf, Recycling), bedeuten.
Wird die Spaltung der Verbindungen nach der allgemeinen Formel III und die Hydrierung der
Spaltprodukte IV in einem Schritt durchgeführt, können die bereits bei den jeweiligen
Reaktionen eingesetzten heterogenen Katalysatoren nebeneinander eingesetzt werden. Es ist
zudem möglich, Katalysatoren einzusetzen, die beide Reaktionen katalysieren, beispielsweise
Übergangsmetalle auf lewissauren Trägern. In diesem Falle muss die Spaltungsreaktion in
Gegenwart von Wasserstoff durchgeführt werden.
Die Hydrierung in der Flüssigphase, egal ob homogen oder heterogen katalysiert, kann ohne
oder in Gegenwart von zusätzlichen Lösemitteln durchgeführt werden. Beispiele für geeignete
Lösemittel sind Wasser, aliphatische und cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe wie
beispielsweise C3-C16-Alkane, Mischungen niederer oder höherer Alkane (C3-C20), Cyclohexan,
Cyclooctan und Ethylcyclohexan; Alkohole wie beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanol,
Isopropanol, n-Butanol, Isobutanol, 2-Ethylhexanol, Isononanol und Isotridecanol; Polyole wie
beispielsweise Ethylenglykol, Propylenglykol, 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol; Carbonsäure
ester wie beispielsweise Essigsäureethylester; Ether wie beispielsweise Dipropylether,
Diethylether, Dimethylether, Methyl-tert.-butylether, Methyloctylether, 3-Methoxyoctan,
Dioxan, Tetrahydrofuran, Alkylether von Ethylenglykol, Diethylenglykol und Polyethylenglykol;
Sulfolan, Dimethylsulfoxid, Ethylencarbonat, Propylencarbonat und Wasser. Die Lösemittel
kommen allein oder auch als Mischungen verschiedener Lösemittel zum Einsatz.
Bei der Spaltung können neben dem 1-Octen geringe Mengen anderer C8-Olefine entsehen. So
kann 2-Octen durch Isomerisierung des 1-Octens gebildet werden, 3-Octen kann aus dem 2-
Octen entstehen usw. Auch Octan und Octadiene können gebildet werden. Zur Erreichung einer
sehr hohen 1-Octen-Reinheit (< 97%) kann es daher notwendig sein, einen Teil dieser C8-
Komponenten abzutrennen. Dies kann über eine destillative Aufreinigung erfolgen. Diese kann
sowohl zusammen mit der Abtrennung anderer Produkte aus dem Spaltungsschritt (und optional
der Hydrierungsprodukte der Spaltprodukte IV) erfolgen, oder separat als Aufreinigung eines
zuvor isolierten C8-Schnitts erfolgen.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, nicht aber ihren Anwendungsbereich
beschränken, der sich aus der Beschreibung und den Patentansprüchen ergibt.
In einem 70 l Autoklav wurden 14 kg Methanol, 21 kg 1,3-Butadien, 7,5 g Palladium(II)-acetat,
85 g Triphenylphospin und 160 g Triethylamin unter Ausschluss von Wasser und Sauerstoff auf
80°C erhitzt. Dabei war ein Druckanstieg auf 8 bar zu beobachten. Unter diesen Bedingungen
startete die Reaktion. Mit der Beginn der Umsetzung von 1,3-Butadien sank der Druck wieder
ab. Nach 24 Stunden wurde der Autoklav auf Raumtemperatur abgekühlt und der Restdruck
entspannt. Laut GC-Analyse hatte sich das 1,3-Butadien zu 98% umgesetzt. Als
Hauptprodukte wurden erhalten:
Zur Aufarbeitung wurde der Reaktoraustrag bei 80 mbar in einer diskontinuierlichen Destillation
in Katalysatorrückstand und Destillat aufgetrennt.
In einen 3-l Büchi Autoklav wurden 1000 g 1-Methoxy-2,7-octadien, 500 ml Tetrahydrofuran,
500 ml Ethanol und 2,5 g Tris(triphenylphosphin)ruthenium(II)-chlorid, gegeben. Die
Temperatur wurde auf 30°C eingestellt und es wurde 30 bar Wasserstoffdruck aufgegeben. Die
Reaktion wurde über die aufgenommene Menge an Wasserstoffund über GC-Analysen verfolgt.
Nach 6 Stunden wurde die Reaktion abgebrochen. Laut GC-Analyse wurde das 1-Methoxy-2,7-
octadien zu 98% umgesetzt, mit einer Selektivität von 89% zum 1-Methoxy-2-octen (cis und
trans). Das 1-Methoxy-2-octen wurde destillativ von Lösemitteln und Katalysator abgetrennt.
In einem gradientenfreien Differentialkreislaufreaktor der Firma Xytel wurden 15 g eines
heterogenen Rutheniumkatalysators vorgelegt. Zur Immobilisierung befand sich der Katalysator
in einem Körbchen aus Drahtgewebe. Der Gewichtsanteil des Rutheniums auf dem
Trägermaterial γ-Al2O3 betrug 1 Gew-%. Vor Reaktionsbeginn wurde der Katalysator bei
200°C in einer Wasserstoffatmosphäre reduziert. Nach der Reduktion wurden 900 ml eines
Gemisches aus trans-1-Methoxy-2,7-octadien und cis-1-Methoxy-2,7-octadien im Massen
verhältnis 96 : 4 dem Differentialkreislaufreaktor zugeführt. Bei einem Wasserstoffpartialdruck
von 10 bar wurde das Reaktionsgemisch unter diskontinuierlichen Bedingungen hydriert.
Gemäß GC-Analyse wurde bei 40°C folgender Reaktionsfortschritt beobachtet:
(cis-MOE = cis-1-Methoxy-2-octen, trans-MOE = trans-1-Methoxy-2-octen, cis-MODE = cis- 1-Methoxy-2,7-octadien, trans-MODE = trans-1-Methoxy-2,7-octadien)
(cis-MOE = cis-1-Methoxy-2-octen, trans-MOE = trans-1-Methoxy-2-octen, cis-MODE = cis- 1-Methoxy-2,7-octadien, trans-MODE = trans-1-Methoxy-2,7-octadien)
Die oben beschriebene Versuchsreihe wurde unter gleichen Versuchsbedingungen auch bei
50°C durchgeführt. Erwartungsgemäß steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur.
Gemäß GC-Analyse wurde bei 50°C folgender Reaktionsfortschritt beobachtet.
In einen 100 ml gradientenfreien Differentialkreislaufreaktor wurde kontinuierlich ein
gasförmiges Gemisch aus 1-Methoxy-2-octen (cis und trans) [CAS 60171-33-7] und Stickstoff
zugeführt. Die zugeführte Gesamtmenge betrug 60 Nml/min. Der Inertgasanteil im Zulauf lag
bei 83%. Unter atmosphärischem Druck und in einem Temperaturintervall von 375-450°C
wurde die Spaltung des 1-Methoxy-2-octens zu 1-Octen und Formaldehyd durchgeführt.
Bezogen auf das 1-Methoxy-2-octen im Eingangsgas wurden bei einer Verweilzeit von 40 s
folgende Umsatzraten von 1-Methoxy-2-octen bzw. Selektivitäten zum 1-Octen beobachtet:
Claims (28)
1. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen,
dadurch gekennzeichnet,
dass
- A) 1,3-Butadien in Gegenwart eines Telomerisationskatalysators mit einem Telogen der allgemeinen Formel H-X-Y-H, worin X für O, N, S oder P und Y für C, N oder Si steht und X und Y je nach Wertigkeit weitere Substituenten tragen, zu einem Telomer der allgemeinen Formel H2C=CH-CH2-CH2-CH2-CH=CH-CH2-X-Y-H umgesetzt wird,
- B) das Telomer zu einem 1-substituierten 2-Octen der Formel H3C-CH2-CH2-CH2-CH2- CH=CH-CH2-X-Y-H hydriert wird und
- C) das 1-substituierte 2-Octen zum 1-Octen gespalten wird.
2. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Substituenten an X und/oder Y Wasserstoff, Alkylreste mit 1-50
Kohlenstoffatomen, Arylreste mit 6-50 Kohlenstoffatomen und/oder Heteroarylreste sind,
wobei diese Substituenten jeweils gleich oder verschieden sind und ihrerseits wiederum mit
den Gruppen Alkyl, Aryl, -F, -Cl, -Br, -I, -CF3, -OR, -COR, -CO2R, -OCOR, -SR, -SO2R,
-SOR, -SO3R, -SO2NR2, -NR2, -N=CR2, -NH2, mit R = H, substituierter oder
unsubstituierter, aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 25
Kohlenstoffatomen substituiert sein können.
3. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Telogen ein Monoalkohol, ein Dialkohol, ein primäres Amin oder ein sekundäres
Amin eingesetzt wird.
4. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Telogen Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, Allylalkohol, n-Butanol, i-
Butanol, Octanol, 2-Ethylhexanol, Isononanol, Benzylalkohol, Cyclohexanol,
Cyclopentanol, 2,7-Octadien-1-ol, Ethylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol,
1,4-Butandiol, 1,2-Butandiol, 2,3-Butandiol, 1,3-Butandiol oder α-
Hydroxyessigsäureester eingesetzt wird.
5. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Telogen Methylamin, Ethylamin, Propylamin, Butylamin, Octylamin, 2,7-
Octadienylamin, Dodecyclamin, Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Dimethylamin,
Diethylamin, N-Methylanilin, Bis(2,7-Octadienyl)amin, Dicyclohexylamin,
Methylcyclohexylamin, Pyrrolidin, Piperidin, Morpholin, Piperazin oder Hexamethylenimin
eingesetzt wird.
6. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 1 pro Mol aktivem Wasserstoffatom des Telogens 0,001 Mol bis 10 Mol 1,3-
Butadien eingesetzt werden.
7. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 1 nicht abreagiertes Telogen zurückgewonnen und in Schritt 1 zurückgeführt
wird.
8. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 1 ein Übergangsmetall der VIII. Nebengruppe des Periodensystems als
Katalysatormetall eingesetzt wird.
9. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 1 Palladium als Katalysatormetall eingesetzt wird.
10. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 1 eine Verbindung mit einem trivalenten Phosphor-, Arsen-, Antimon- oder
Stickstoffatom als Ligand eingesetzt wird.
11. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 1 ein Phosphin, Phosphit, Phosphonit oder Phosphinit als Ligand eingesetzt
wird.
12. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 1 zusätzlich eine Base eingesetzt wird.
13. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Telomerisationskatalysator von Schritt 1 zurückgewonnen und ganz oder teilweise
in den Prozess zurückgeführt wird.
14. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Telomerisationskatalysator von Schritt 1 nicht in Schritt 1 zurückgeführt wird.
15. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 2 Wasserstoffund ein homogener Hydrierkatalysator eingesetzt werden.
16. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 2 Wasserstoff und ein heterogener Hydrierkatalysator eingesetzt wird.
17. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 2 ein Hydrierkatalysator eingesetzt wird, der Kupfer, Chrom und/oder ein
Übergangsmetall der VIII. Nebengruppe des Periodensystems enthält.
18. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 2 das in Schritt 1 als Nebenprodukt anfallendes 1,3,7-Octatrien ganz oder
teilweise hydriert wird.
19. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 2 das in Schritt 1 als Nebenprodukt anfallende an 3-Position substituierte
1,7-Octadien ganz oder teilweise hydriert wird.
20. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spaltung in Schritt 3 bei Temperaturen zwischen 150°C und 600°C erfolgt.
21. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Zulauf zur Spaltung in Schritt 3 weniger als 5% C8-Kohlenwasserstoffe enthalten
sind.
22. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 3 das an der 1-Position substituierte 2-Octen nur teilweise umgesetzt wird.
23. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das nicht umgesetzte an der 1-Position substituierte 2-Octen von den restlichen
Komponenten des Austrags aus Schritt 3 abgetrennt und ganz oder teilweise in Schritt 3
zurückgeführt wird.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rückführung des an der 1-Position substituierten 2-Octens in eine dem Schritt 2
vorgeschaltete Reinigungsstufe erfolgt.
25. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spaltprodukte IV mit Wasserstoff hydriert werden, wobei die Hydrierung direkt
während der Spaltung, im Anschluss an die Spaltung oder nach teilweiser oder vollständiger
Auftrennung der Produkte aus Schritt 3 des Verfahrens erfolgt.
26. Verfahren zur Herstellung von I-Octen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt 3 die Spaltung zum 1-Octen gleichzeitig mit einer Abtrennung des 1-Octens
und der gebildeten Spaltprodukte IV von den Edukten erfolgt.
27. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spaltung in Schritt 3 in Gegenwart von Wasser oder Wasserdampf durchgeführt
wird.
28. Verfahren zur Herstellung von 1-Octen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spaltung in Schritt 3 in Gegenwart von Katalysatoren durchgeführt wird.
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